Výroba skla
Kategorie: Chémia (celkem: 338 referátů a seminárek)
Informace o referátu:
- Přidal/a: anonymous
- Datum přidání: 07. dubna 2007
- Zobrazeno: 10275×
Příbuzná témata
Výroba skla
Výroba skla:Sklo je priezračná alebo priehľadná beztvárna látka, ktorá vzniká vychladnutím kremičitanovej alebo inej taveniny. Poznáme aj vysokomolekulovéorganické látky sklovitého charakreru, ale to nia je sklo.
Z chemickej stránky je sklo spravidla podvojný kremičitan s jedným alkalickým a jedným dvojmocným kovom. Bežnétechnické sklo je sodno – vápenaté. Český krištál je draselno – vápenaté, olovnatý krištál draselno – olovnaté sklo. Okrem obyčajných kremičitanových skiel poznáme aj boro – kremičité, kremičito – fosforečné a kremičito – arzeničné sklá. Z chemickej stránky najjednoduchším sklom je roztavený kremeň. Do špeciálnych druhov skla sa pridávajú aj iné oxidy, napr. ZnO, BaO, MgO, Al2O3 a Li2O.
Predtým sa zloženie skla vyjadrovalo molekulovými vzorcami, dnes je výhodnejšie uvádzať percentový pomer jednotlivých oxidov.
Podľa použitia:
· Technické sklo (tabuľové, obalové, chemické, optické a elektrolizačné)
· Umelé sklo (brúsené sklo, bižutéria)
Podľa spôsobu výroby:
· Fúkané
· Lisované
· Liate
· Ťahané
Na rozdiel od keramických výrobkov, ktoré sa pripravujú za studena z pevných surovín a spevňujú sa vvypaľovaním, sklené predmety sa vyrábajú ochladením taveniny (skloviny). Sklovinutavíme zo zmesi práškovitých surovín, ktorá sa nazýva sklársky kmeň. Sklárske suroviny rozdeľujeme na hlavné a pomocné.
Z hlavných sklárskych surovín sú to piesok, kyselinu boritú, prípedne bórax, sódu, síran sódny, potaš, vápenec.
Sklársky piesok je podstate oxid kremičity SiO2. Jeho vlastnosti sú normované. Zrná majú veľkosť od 0,1 do 0,4 mm, obsah železa pre optické sklo nesmie byť väčší ako 0,013% Fe2O3. Sklo s vysokým obsahom SiOľ2 je ľažšie taviteľné, chemicky odolnejšie a veľmi stále proti zmenám teploty, ľahšie ním prechádzajú ultrafialové lúče. SiO2 potláča aj sklon k odskleneniu.
Kyselinou boritou, prípadne bároxom sa dostáva do skla B2O3. Oxid boritý zlepšuje taviteľnosť skla, znižuje viskozitu skloviny, uľahčuje farbenie, zvišuje lesk a pôsobí proti odskelňovaniu.
Sóda dodáva sklovine Na2O3 podobne ako síran sódny, ktorý s prísadou uhlia ako redukovadla uľahčuje čírenie skloviny. Pridaním potaše získava sklo K2O, ktorý mu dodáva lesk, uľahčuje farbenie, zvyšuje viskozitu skloviny a pôsobí proti odskelneniu.
Oxid lítny zvyšuje piepustnosť ultrafialových lúčov.
Vápencom sa dodáva sklu CaO, ktorý ho robí krehkejším a náchylnejším na odskelnenie, ale súčastne zvyšuje jeho chemickú odolnosť a lesk.
Pridávaný vápenec je jemne rozomletý a zbavený železa. Oxid bárnatý sa pridáva vo forme BaCO3 a zvyšuje hustotu skla, lesk, index lomu a žieruvzdornosť. Zvyšuje teplotný interval sprcovania skloviny. Oxid olovnatý ako glieda nie je vhodný, lebo obsahuje drobné gulôčky olova, preto sa do skla pridáva vo forme mínia. Oxid hlinitý zvyšuje chemickú odolnosť skla a potláča odskelňovanie. Pridáva sa vo forme živcov alebo kaolínu.
K hlavným sklárskym surovinám možno zaradiť aj sklené črepy. V niektorých sklárňach tavia sklenú drvinu (fritu), ktorá sa pripravuje inde.
Pomocnými surovinami sú rozličné farbiace, číriace, kaliace, odfarbujúce a leptajúce prísady. Sklovina sa farbí napr. Soľami a oxidmi kovov, koloidnými kovmi a prvkami vzácnych zemín. Ako kaliaca prísada sa používa kryolit alebo fluorit. Pri chemickom odfarbovaní sa využíva oxidačný účinok burelu, pri fyzikálnom odfarbovaní sa sfarbenie skla odstraňuje miešaním farieb. Čírenie skloviny sa zakladá na tom, že drobné bublinky napr. Oxidu uhličitého sa strhávajú väčšími bublinami plynov pár, ktoré sa uvoľňujú z číridla. Ako číridlo sa používa arzenik, ktorý sublimuje, síran sódny spolu s liadkom, repa, surové drevo alebo aj vhodná para. Na leptanie sa používa kyselina fluorovodíková a niektoré jej soli.
Potebné suroviny sa uskladňujú v menších zásobníkoch. Vážia sa a miešajú automaticky. Aby sklo malo potrebné vlastnosti, musí sa dodržiavať presný pomer jednotlivých oxidov určený výpočtom alebo na základe skúsenosti. Doprava surovinovej zmesi je vo veľkých sklárniach zmechanizovaná. Surovinymajú byť suché, inak hrudkovatejú, iba piesok môže mať vlhkosť 4 až 5%, lebo jeho zrnká sa dobre obaľujú ostatnými surovinami, čímsa uľahčuje tavenie.
Sklársky kmeň sa taví v sklárskej peci. Pri stavbe skloviny rozoznávame tri základné fázy:
· Vlastné tavenie
· Čírenie
· Schladenie skloviny
Práškové suroviny sa ťažko prehrievajú, preto sa , najmä do panvových pecí dávajú najprv črepy.
Sklársky kmeň sa zaváža do vykúrenej pece. Suroviny rýchlo strácajúvlhkosť a po dosiahnutí potrebnej teploty nastáva tepelná disociácia uhličitanov a iných solí. Tepelnú disociáciu výdatne podporuje pôsobenie oxidu kremičitého alebo boritého. Obidva oxify sa vžiare správajú ako silné kyseliny. Teplota tavenia závisí od druhu skla.
Pri mäkkých fosforečnanových sklách je asi 1000oC, pri bežnom tabuľovom skle asi 1500oC, pri tvrdých aklách s vyšším obsahom SiO2 býva ešte vyššia.
Keď je sklovina celkom pretavená, končí sa potreba tepla na rozklad solí a tvorbu zlúčenín –sklovina dosiahla najvyššiu teplotu potrebnú na jej vyčírenie. Z redšej, menej viskóznej skloviny unikajú bubliny oveľa ľahšie Ak treba, urýchľuje sa čírenie priemiešavaním.
Potom sa vyčíranátavenina nechá ochladnúť na takú teplotu, pri ktorej jej viskozita dosahuje hodnoty potrebné na fúkanie, liatie, ťahanie a iné spracovanie.
Sklárske pece sú postavené zo šamotových tvárnic, klenba býva dinasová. Vykuruje sa najmä plynom alebo olejom a to regeneračne. Vopred zohriaty olej sa do pece rozprašuje prúdomvzduchu. Pri olejovam má pec iba dve regeneračné komory na predhrievanie vzduchu.
V každej sklárni sú aj chladiace pece. V nich hotový výrobok pomaly ckladne, aby sa mohlo vyrovnávať vnútorné napätie v skle, ktoré vzniká prudkým ochladením skloviny pri styku so studenou formou. Tovar sa najprv rýchlo zohreje na teplotu blízku mäknutia skla, potom sa chladí podľa určitého diagramu tak, aby sa zabránilo vzniku vnútornéhi napätia.
Sklovina sa spracúva fúkaním na automatoch alebo na poloautomatoch, ale aj na píšťale, ťahaním, liatím alisovaním.
Práca na píšťale sa uplatňuje len pri výrobe menších sérií umeleckého a čiastočne aj úžitkovéhoskla. Sklárska píšťala je 90 až 120cm dlhá oceľová rúrka, na dolnom konci mierne rozšírená, na hornom s drevenou rukoväťou a mosadzným náustkom. Na zohriatu píšťalu sklár naberie malé množstvo skloviny a za ustavičného otáčania píšťale z nej vyfúkne malú banku, tú hreje, znova na ňu naberie ďalšiu sklovinu a vyfukne, kým nemá na píšľale potrebné množstvo skloviny. Napokon banku vyfúkne do formy, ktorú mu pripravil pomocník. Forna je z bukového dreva, z azbestovej masy alebo liatinová a býva dvojdielna. Pri vyfukovaní sa musí píšťala otáčať, aby na predmete nezostal šev.
Vyformovaný polotovar sa od píšťaly oddelí, priložením navlhčeného drievka alebo studeného železa. Po vztemperovaní sa tocar opukáva. V určitej výške sa diamantom nareže rzska, toto miesto sa zahrieva kruhovým horákom, pričom sa hlavica oddelí. Ostré hrany sa zaobľujú v plameni. Ak sa tovar nevybrusuje, nemaľuje a pod., výrobok je hotový.
Fľaše sa vyrábajú fúkaním na poloautomatoch a automatoch. Automaty pracujú v niekoľkých periódach. Sklovina sa najskôrnasaje, prebytok skloviny sa odreže, v predforme sa banka čiastočne vyfúkne, dofúka sa vo vlastnej forme, ktorá sa otvorí a vypadne hotová fľaša – tá sa ešte temperuje. Fľaše vyrobené v automatoch majú dva pozdĺžne šviky, ktoré vznikli z nie celkom doliehajúcich polovíc formy.
Rúrky sa vyrábajú fúkaním a následným ťahaním, najčastejšiena Dannerovom automate.
Podstatou automatu je pomaly sa otáčajúca, šikmo nadol smerujúca píšťala, po ktorej nepretržitetečie prúd skloviny. Niekoľko dvojíc valčekov odľahuje tuhnúcu rúrku. Rúrka prechádza dlhým chladiacim tunelom, samočinne sa odlomí a odvádza sa na tredenie a ďalšie spracovanie. Menšia časť rúrok, najmä oválnych a pozĺžnych, sa vyrába fúkaním a ťahaním na píšťale. Rúrky sa používajú v potravinárstve, vo farmaceutickom priemysle a inde, alebo sú polotovarom na výrobu skúmaviek, aparatúr a pod.
Tabuľové sklo sa ťahá zvislo alebo vodorovne. U nás sa vyrába na Fourcaultovom stroji. Sklovina, ktorá priteká z nepretržitepracujúcej vane, sa pretláča cez štrbinu v šamotovom plaváku a vyťahuje sa nahor 16 až 18 pármi valcov. Pri vyťahovaní sa tabuľa súčastne temperuje a vychladnuté tavule sa v hornej časti automaticky odrezávajú. Hrubšie tabule sa odlievajú a po dôkladnom vytemperovaní sa na obidvoch stranách obrusujú.
Veľmi kvalitné tabuľové sklo sa vyrába spôsobom ,,Float“. Dobre roztavená a správne vytemperovaná sklovina tečie na povrch roztaveného cínu, kde získava tabuľa zrkadlový lesk. Vrchná plocha tabule sa leští teplom, takže dostaneme tabuľové sklo, ktoré sa ďalej nemusí upravovať. Vychladené sklo sa samočinne reže na väčšie plochy, ktoré sa ďalej pomocou mechanického zariadenia režú na tabulr bežných rozmerov. Tento spôsob je dosť výkonné. Bezpečostné sklá sú vrstvené (lepené), kladené a s drôtenou vložkou. Vrstvené sklá typu ,,Triplex“ sa vyrabájú pevným stmeľovanim tabúľ skla s vhodnými plastmi.
Kalené sklá sa vyrábajú rýchlym ochladením výrobku v prúde studeného vzduchu, prípadne olejom. Kalené sklo je pevnejšie, pružnejšie, ale keďže má vnútri veľké napätie, pri rozbití sa rozpadne na drobné úlomky, ktoré nemajú ostré hrany, takže nespôsobujú zranenia. Obidva druhy bezpečnostých skliel sa používajú najmä v dopravných prostriedkoch , na televízory. Z kaleného sa vyrábajú aj poháre, misky, jedálne súpravy a iné. Chemické sklo musí mať čo najväčšiu chemickú odolnosť a čo najmenší koeficient tepelnej rozťažnosti. Pôvodne sa používalo draselnovápenaté sklo, v sučastnosti sa najlepšie uplatňujú borosilikátové sklá, s prísadou oxidu hlinitého a malého množstva alkálií. Chemické sklo sa vyrába v normalizovaných tvaroch a veľkostiach. Veľká časť výrobkov sa vyváža do celého sveta. Podobné náročné požiadavky sa kladú aj na lekárske sklo (ampulky na liečivá, injekcie a pod.). Varné sklo, používané ako kuchynský riad, má rovnaké zloženie ako chemické sklo.
Je odolné proti vysokej teplote a náhlym teplotným zmenám.
Kremenné sklo sa vyrába tavením najčistejčieho SiO2 (krištáľu) v elektrickej peci pri teplote 20000C. Tavenina sa dá spracovať iba v určitom obmedzenom rozsahu teplôt. Výrobky majú malú tepelnú rozťažnosť, sú odolné proti kyselinám a kyslým taveninám, ale sú málo pevné. Kremenné sklo smá zvyčajne mliečne zakalenie, niektoré druhy sú však číre.
Optické sklo sa vyrába v mnohých druhoch, ktoré sa navzájom líšia indexom lomu, farebnou disperziou, pohlcovaním svetla, ako aj mechanickými vlastnosťami. Flintové sklo je draselnoolovnaté, má veľký lom svetla a farebnú disperziu. Korunové sklo je draselnovápennaté, ma malý lom svetla a malú farebnú disperziu, je však tvrdšie ako flintové. Optické sklo sa taví v jednipanvovej peci. Číreniu a homogenizácii sa venuje veľká pozornosť, aby sa dosiahla dokonalá optická izotropia.
Elektroizolačné sklo má podobné vlastnosti ako chemické sklo. Najdôležitejšou požiadavkou je nízky obsah alkálií.
Sklené vlákna sa vyrábajú ťahaním špeciálnej skloviny, ktorá sa taví v platinovej vaničke vyhrievanej prúdom (odporové teplo). Na dne vaničky sú jemné dýzy. Vlákno, ktoré z nich vystupuje, predchádza lubrikačnou päťkou, kde získa potrebnú aprtúru, dôležitú pre textilné spracovania. Sklené vlákna sú vhodným tepelnoizolačným, elektroizolačným a filtračným materiálom. Veľká časť sklených vlákien a sklotextilu sa spotrebuje pri výrobe sklených laminátov (nádrže, krytiny a pod.).